VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение

Автоматизированная система управления качеством продукции (АСУКП) имеет несколько аспектов:

Во-первых, это управление деятельностью лабораторией предприятия, упорядочение и улучшение её функционирования, а также увеличение её пропускной способности. Объём обрабатываемой лабораторной информации достаточно велик. Типичная лаборатория насчитывает десятки пользователей (аналитиков), исследующих порядка десяти тысяч проб в год и выполняющих над ними тесты с определением десятков параметров. В лабораториях же крупных компаний может одновременно быть задействовано до 100 и более пользователей. Также значителен и объём исследуемых статических данных: спецификаций, стандартов, нормативов и прочее. Для управления таким "хозяйством", конечно же, требуется автоматизация.

Во-вторых, это обеспечение более высокого качества продукции и, как следствие, увеличение конкурентоспособности предприятия. Система не должна допускать к выпуску и поставке не качественной продукции, а также она должна иметь средства убедить заказчика или потребителя, что качество для него гарантировано. Для достижения данной цели (АСУКП) должна обеспечивать механизм надёжного всестороннего и полностью управляемого контроля параметров сырья, промежуточных продуктов и готовой продукции на всём пути производственного процесса.

В-третьих, это удовлетворение требований нормативных документов. Тенденция развития, да и нынешнее состояние нормативной базы во многих отраслях (фармацевтика, пищевая промышленность, экология, нефтепереработка, нефтехимия и т.д.) такова, что последовательное и полное исполнение этой нормативной базы становится практически невозможным без использования автоматизированных систем. Сюда можно отнести поддержку требований стандартов серии ИСО 9000, без внедрения которых трудно обеспечить успешный выход на международный рынок. Кроме того, для таких областей, как фармацевтика (особенно!), пищевая промышленность, охрана окружающей среды, клинические и медико-биологические исследования характерно действие законодательных актов по обеспечению управления и гарантии качества.

В-четвёртых, это оптимизация производственных процессов, которая реализуется через интеграцию АСУКП с другими системами управления предприятием. Обеспечение механизмов оперативного слежения за качеством продукции и промежуточных материалов позволяет прогнозировать и правильно и своевременно корректировать технологические процессы, увеличивая, в конечном итоге, прибыль предприятия.

 

Описание электроконтактного двухпредельного преобразователя и его основных функций

1. Предназначение методического указания.

Настоящая методика предназначена для автоматизации процесса контроля предельных линейных размеров деталей методом сравнения с действительными размерами образцовых деталей.

         2.  Устройство и принцип работы электроконтактных преобразователей

Электроконтактные преобразователи широко применяются в России и за рубежом в автоматическом контроле благодаря простоте их конструкции, схемы включения и обслуживания. Это преобразователи дискретного действия. Перемещение измерительного стержня преобразуется в электрический сигнал путём замыкания или размыкания пары контактов.

По назначению электроконтактные преобразователи делятся на предельные и амплитудные, по конструкции ‒ на рычажные и безрычажные.

Конструкция двухпредельного датчика типа БВ-779У (модель 228) изображена на рисунке 1.2. Датчик смонтирован в корпусе 1. Цилиндрический измерительный стержень 2 перемещается в направляющих втулках, запрессованных в корпус. Стержень оснащён измерительным съёмным наконечником, буртик которого используется для арретирования. С помощью гайки 3 микроподачи перемещают измерительный стержень при настройке датчика. Хомутик 5, закреплённый на стержне, имеет паз, в котором при движении стержня перемещается штифт, запрессованный в корпусе и предохраняющий стержень от поворота. Измерительное усилие создаётся пружиной 6, которая одним концом прикреплена к хомутику 7, закреплённому на стержне, а вторым концом ‒ к корпусу. Планка 8, на которой смонтированы передаточный и настроечный механизмы датчика, крепятся к корпусу 1. Контактный рычаг 13 с подвижными контактами подвешен на крестообразном пружинном шарнире к колодке 14. В малое плечо рычага запрессован изолирующий корундовый штифт 12, контактирующий с твёрдосплавным наконечником хомутика 7. Рычаг разгружен от ударов при движении стержня вверх. Нижний подвижный контакт подвешен к рычагу 13 на плоской пружине 15. При ходе стержня вниз после замыкания этого контакта пружина отходит от рычага, который имеет возможность продолжать поворот. Настроечные контакты запрессованы в концы регулируемых настроечных винтов 9 с барабанами 10. Возможность самоотвинчивания настроечных винтов устраняется осевым натягом, который создаётся пластинчатыми пружинами и звёздчатыми гайками, размещёнными под барабанами. Положение гайки фиксируется пружинным стопором. Контакты датчика имеют независимые выводы к штырям, которые служат для присоединения розетки 11. Корпус закрыт с двух сторон крышками из оргстекла. Предел измерения датчика 1 мм, передаточное отношение рычага 5:1, измерительное усилие 2,5 ‒ 3,5 Н, цена деления настроечных лимбов 0,002 мм. Предельная допустимая погрешность не более ±1 мкм. Погрешности датчиков модели 228 были исследованы в бюро взаимозаменяемости (БВ). Ток на контактах составлял 0,1 ‒ 0.2 мА, измерительное усилие 1-3 Н. В результате исследований установлено, что нестабильность срабатывания контактов при 60 циклах составляет 0,1 мкм, при 300 циклах 0,4 мкм (по техническим условиям ±1 мкм). Смещение настройки после 25000 замыканий равно 1,6 мкм (по техническим условиям 1 мкм).

Решающее значение для стабильности и надёжности работы электроконтактных датчиков имеют правильный электрический режим работы (сила тока и напряжение), конструкция и материал контактов, а также динамический режим работы датчиков в режиме эксплуатации.

Чаще всего контактные пары изготовляют из вольфрама. Они обладают высокой твёрдостью, износостойкостью, при малых величинах тока и напряжения на контактах электроэрозия их незначительна. Однако сопротивление этих контактов во времени возрастает из-за образования окислительных плёнок, хотя плёнки окислов вольфрама имеют относительно высокую электропроводность. При применении вольфрамовых контактов рекомендуются усилия от 0,3 Н и выше.

Для снижения электроэрозионного износа контактов стремятся уменьшить величину электрического тока и напряжения на контактах, применяя специальные схемы включения.

Наибольшее влияние на динамическую точность работы датчика оказывают внешние факторы: вибрации и удары.

С увеличением частоты вибраций и ускорения систематические погрешности датчиков растут. Так при f ≈ 200 Гц и = 0,5 g погрешность датчика модели 228 составляет 1 мкм, а при  = 3 g возрастает до 4,5 мкм. Ещё быстрее растут погрешности датчиков модели 231.

Для уменьшения влияния этих факторов нужно выбирать частоту собственных колебаний подвижной системы датчика 0 так, чтобы она превышала частоту возмущающих воздействий (угловую скорость вращающейся детали).

Период собственных колебаний подвижной системы:

 ,

где m ‒ масса подвижной системы, k - жёсткость пружины, воздействующей на подвижную систему; для плоской пружины:

,

здесь Е ‒ модуль упругости первого рода, Г/мм2;

J ‒ момент инерции сечения пружины, мм4;

l ‒ длина пружины, мм.

Для спиральной пружины:

,

где G ‒ модуль упругости второго рода, Г/мм2;

r ‒ радиус проволоки, мм; R - радиус пружины, мм;

h ‒ число витков пружины.

Повысить частоту собственных колебаний подвижной системы датчика можно увеличением жёсткости пружины и уменьшением массы системы.

3. Условия выполнения измерений.

При выполнении измерений в лабораторных условиях необходимо выполнять следующие требования:

• температура воздуха (20 ± 3) ;
• атмосферное давление (630 - 800) мм рт. ст.;
• относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 23 ;
• напряжение в сети (220 ± 22) В;
• частота (50 ± 0,5) Гц.

4. Требования к квалификации оператора.

К выполнению измерений и обработке результатов допускаются лица с высшим образованием, изучившие методики контроля предельных линейных размеров деталей, имеющие навыки работы с электроконтактным двухпредельным преобразователем.

5. Требования безопасности.

К проведению измерений допускается лицо, не моложе 18 лет, изучившее "Инструкцию по безопасности труда работников метрологической лаборатории", утверждённую главным инженером предприятия. Особое внимание должно быть уделено правилам работы с электрическими установками.

6. Метод измерения.

Методика измерения контроля предельных линейных размеров деталей выполняется методом сравнения с действительными размерами образцовых деталей, устанавливаемых на шкалах барабанов настроечных винтов электроконтактного двухпредельного преобразователя.

7. Подготовка средства измерения к работе.

Измерительная платформа и подвижный контакт электроконтактного двухпредельного преобразователя перед работой обезжиривают при помощи ватки, смоченной спиртом. Обезжириванию также подвергаются образцовые детали.

8.  Настройка электроконтактного двухпредельного преобразователя:

8.1 Настройка по образцовым деталям.

Образцовые детали должны иметь действительные размеры, равные предельным допустимым размерам контролируемых деталей.

При настройке преобразователя по двум образцовым деталям последние устанавливаются поочерёдно на измерительную позицию, после чего соответствующий контакт вращением настроечного винта подводится до соприкосновения с подвижным контактом. Момент касания определяется по сигнальной лампе. Правильная настройка контакта определяется многократным измерением образцовой детали. При этом количество случаев загорания лампы должно быть примерно равно количеству не загорания.

Этот метод настройки позволяет установить "жёсткие" рамки для контролируемых деталей, так как их размеры должны чётко соответствовать действительным размерам образцовых деталей (т.е. не превышать данные размеры и не быть меньше их). При этом невозможно внести дополнительные допуски для верхнего и нижнего предельных размеров, так как показания на настроечных барабанах не замечаются. В качестве образцовых деталей в данном методе настройки использовались лезвия.

8.2 Настройка по шкале настроечных винтов.

По аттестованной детали с размером, лежащем в пределах допуска, двухконтактные преобразователи могут быть настроены по шкале барабанов настроечных винтов. Деталь устанавливается на измерительную позицию, один из настроечных контактов подводится к подвижному контакту до соприкосновения, замечается показания шкалы барабана, затем настроечный контакт отводится и устанавливается на расстояние от подвижного контакта, соответствующим разности между предельным размером и размером аттестованной детали (по шкале барабанов). Таким же образом настраивается и другая пара контактов.

Примечание.

При настройке по шкалам барабанов настроечных винтов возникает погрешность настройки из-за нелинейной зависимости между перемещением измерительного стержня и углом поворота рычага. При большой разнице между размерами аттестованной детали и предельными размерами погрешность настройки может достигать 0,02 мм. Поэтому настройку по шкалам барабана настроечных винтов рекомендуется использовать при небольшой разнице между аттестованной деталью и предельными размерами. Погрешность настройки на любом участке 0,01 мм не более 2 мкм.

Этот метод настройки позволяет установить дополнительные допуски для верхнего и нижнего предельных размеров, так как при настройке учитывается показания на шкале настроечных барабанов. В качестве аттестованных деталей используются щупы.

9. Норма погрешности измерений.

Погрешность настройки контактов не более ± 0,5 мкм

Размах (нестабильность) срабатывания контактов не более 0,5мкм

Смещение настройки контактов за 25000 измерений не более ± 0,5 мкм

10. Выполнение контроля предельных линейных размеров деталей.

Процесс контроля складывается из следующих этапов:

10.1 Подготовка электроконтактного двухпредельного преобразователя к работе ‒ выполняется по пункту 6 данной методики.

10.2 Выбор измеряемых деталей на контроль ‒ выполняется по государственному стандарту.

10.3 Выполнение контроля.

11. Оформление результатов измерений.

Результаты измерений предельных линейных размеров деталей заносится в специальный журнал.

Считая результаты измерений независимыми, одинаково распределёнными и предположив, что они подчиняются нормальному закону распределения, проводят их обработку в следующей последовательности, для чего определяют:

- среднее арифметическое результатов измерений;

- случайные отклонения результатов;

- квадраты случайных отклонений;

- оценку среднего квадратичного отклонения результата измерений;

- проверку нормальности распределения результатов измерений;

- наличие грубых погрешностей и промахов в максимальном и минимальном значении результатов измерений;

- вероятностный результат измерений;

- окончательный результат измерений в виде:

 

Кроме записи в журналах результаты контроля могут оформляться на специальных бланках и направляться в соответствующие службы для дальнейшего рассмотрения и обработки.

12. Рациональные предложения.

Для получения наиболее точной, достоверной и актуальной информации требуется исключить субъективные факторы, влияющие на процесс получения данных. Для этого предлагается:

В данном случае необходимо использовать ряд устройств, которые смогут автоматизировать процесс для получения информации. Рассмотрим примерную схему взаимодействия элементов:

1. Автоматизировать процесс передачи информации для дальнейшего рассмотрения и обработки по следующей схеме.

1 ‒ средство измерения, в данном случае двухпредельный электроконтактный преобразователь;

2 ‒ модулятор, необходимый для выравнивания и усиления сигнала;

3 ‒ персональный компьютер.

Для автоматизированных систем управления качеством продукции используется класс программных продуктов, называемых лабораторно-информационными системами. За рубежом они известны как LIMS (laboratory information management system). LIMS позволяют определить план-модель аналитической лаборатории с описанием всех шагов, необходимых для управления анализами и работой с образцами, начиная от момента появления их в лаборатории и заканчивая завершением анализов и получением результатов.

Вот далеко не полный перечень того, что могут LIMS:

• регистрация поступающих в лабораторию образцов с присвоением им уникальных идентификационных номеров, позволяющих определить, что происходило с образцами в лаборатории, и кто из специалистов участвовал в их исследованиях;
• полный контроль прохождения образцов через лабораторию, с отражением количества выполненных задач и хода незавершённых исследований;
• документирование результатов измерений на всех этапах исследований;
• получение различных сертификатов, отчётов, оформленных в соответствии с внутренними требованиями или международными нормами;
• рассылка информации всем заинтересованным службам предприятия и заинтересованным лицам;
• управление работой измерительных приборов и ввод информации о результатах исследований непосредственно с инструментов;
• защита от несанкционированного доступа на различных этапах;
• системная обработка претензий и рекламация;
• анализ результатов с использованием различных статических функций;
• архивирование и хранение данных;
• адаптация (без необходимости знания языков программирования) LIMS для решения задач конкретной лаборатории.

2.  Автоматизировать процесс подачи анализируемых деталей на контроль.

Исследуя данную схему можно сделать следующий вывод: информация о контролируемом параметре от средства отбраковки по принципу контроля поступает на программируемый логический контроллер Овен ПЛК 100, и далее через интерфейсы и адаптер попадает к диспетчеру (оператору).

 

Список используемой литературы:

1. Нормирование точности: Учеб. пособие для сред. проф. образования/ С.А. Зайцев, А.Н. Толстов, А.Д. Куранов. ‒ М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 256 с.;

2. «Основы метрологии и технические измерения»: Учеб. пособие для сред. ПТУ. - 2-е изд., перераб. и доп. / А.С. Васильев - М.: Машиностроение, 1988.-240 с.;

3. Латышенко, К.П. Автоматизация измерений, испытаний и контроля / К.П. Латышенко. ‒ М.: МГУИЭ, 2006. ‒ 312 c.

 

Код для цитирования: Скопировать